汽油发动机相位器的匹配研究

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1、汽油发动机相位器的匹配研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：汽车工程系工程领域：动力工程申请人：徐洪敏指导教师：裴普成教授联合指导教师：邓晓龙高级工程师二○一七年五月ResearchandMatchingontheVariableCamshaftPhaserofGasolineEngineThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringbyXuHongm

2、in(PowerEngineering)ThesisSupervisor:ProfessorPeiPuchengAssociateSupervisor:SeniorEngineerDengXiaolongMay,2017摘要摘要随着排放和油耗法规的加严，可变凸轮相位系统逐渐成为了发动机提高动力性，改善燃油经济性和降低排放的最简单有效的技术措施之一。本文以奇瑞某2.0LVVT汽油发动机的相位器为研究对象，对该款发动机的相位器进行国产化改进设计。在优化设计过程中对相位器的动态特性、以及与配气机构和正时皮带传动系统的匹配进行了研究。根据相位器的工作原理

3、，通过对可变凸轮相位系统的力矩平衡方程和液压平衡方程进行详细的分析，推导了相位器调节速度的计算公式。用GT-SUITE软件建立了单相位器的仿真计算模型，对相位器转动惯量、系统机油压力和凸轮轴驱动扭矩等单因素下相位器的调节速度进行了仿真计算。计算结果显示，机油压力和凸轮轴的驱动扭矩是影响相位器调节速度的主要因素；相位器的转动惯量对相位器的调节速度影响较小，但对系统的稳定性影响较大。根据单因素下相位器调节速度计算结果，设计了两种具有不同主参数的相位器制作实物样件并进行测试。在发动机倒拖试验台架上，对不同机油压力和机油温度条件下相位器的系统响应时间、相

4、位调节速度、系统的稳定性进行测试。发现相位调节速度与系统机油压力成线性比例关系；相位器的转动惯量越大系统的稳定性越好；来自于曲轴的激励对相位器的驱动扭矩无明显影响，机油温度和回位扭簧扭矩是影响相位器驱动扭矩的主要因素。在缸盖倒拖台架上对装配两种方案相位器的配气机构动力学进行了测试。发现相位器的转动惯量是影响气门机构运动特性的主要因素，较大的转动惯量会引起较大的气门加速度，但却能使凸轮轴系统运转更平稳。在发动机点火试验台架上，对正时皮带传动系统的动态特性参数进行了测试。相位器的转动惯量、机油温度和相位开启角度是影响正时皮带驱动系统动态特性的主要因素

5、；较大的转动惯量会导致低转速下相位器的角振动和张紧器摆幅迅速变差，同时影响正时驱动系统的可靠性。结合相位器动态特性测试结果，与配气机构和正时皮带驱动系统的匹配测试结果，对不同参数的相位器进行了优化与选型。优化后的相位器顺利通过发动机性能试验和可靠性试验，国产化后生产成本降低约50%。关键词：汽油机；可变凸轮相位器；相位调节速度；配气机构动力学；正时皮带系统动力学；IAbstractAbstractWiththefuelconsumptionandemissionregulationsgettinggraduallystricter,thevari

6、ablevalvetimingsystemisbecomingoneofthemosteffectivetechnicaltoimprovetheengineperformance,fueleconomyandemissions.ThispaperisbasedontheChery's2.0LVVTenginewhichthecamshaftphaserisredesignedwhenit'slocalization.Accordingtotheprincipleofthecamshaftphaser,aformulatocalculatethe

7、camphaseadjustingspeedisestablishedbytheforcebalanceequationandliquidflowbalanceequation.Itsimulatethecamphaseadjustingspeedindifferentrotationmomentsofinertiaofcamshaftphaser,oilsupplypressureandthedrivingtorqueofthecamshaftbyGT-SUITEsoftware.Thestudyresultsfindthattheoilsup

8、plypressureandcamshaftdrivingtorquearethemainfactorsthataffectthepha